Suiker, arousal en taakverrichting

P a g e

1 | 18

Suiker, Arousal en Taakverrichting

Versie 2.2

Door: Marjolein Bruseker Studentnummer: 5803934 Datum: 01-07-2015

P a g e

2 | 18

Abstract

In dit literatuuroverzicht wordt de mogelijke relatie tussen suikerconsumptie en arousal onderzocht. Arousal is een staat uiteenlopend van diepe rust tot inspannende activiteiten die in het lichaam zelf en de hersenen gemeten kan worden. Teven wordt ingegaan op de relatie tussen suiker, arousal en prestaties op taken. Vanwege de hoeveelheid suiker die jaarlijks per persoon wordt geconsumeerd is dit een belangrijke maatschappelijke kwestie. Suiker is een belangrijke brandstof voor het functioneren van de hersenen. Uit het literatuuroverzicht komt naar voren dat er een duidelijke relatie is tussen suiker en arousal. Een minder duidelijke relatie wordt gevonden tussen suiker, arousal en taakverrichting. Vervolgonderzoek moet aantonen hoe sterk deze relatie is.

P a g e

3 | 18

Inhoudsopgave

Inleiding ... 4

Middendeel ... 7

Paragraaf 1: Suiker en arousal ... 7

Paragraaf 2: Suiker en taakprestatie ... 10

Conclusie... 14

P a g e

4 | 18

Inleiding

Per jaar wordt er in Nederland gemiddeld 44 kilo suiker per persoon gegeten. Hiermee wordt 21% van de totale dagelijkse energiebehoefte geleverd (Sluik, Engelen & Feskens, 2013). Hier is niet alleen op wetenschappelijk niveau belangstelling voor, maar ook producenten spelen hierop in. Zo roept de Wereldgezondheidsorganisatie landen op om de dagelijkse suikerinname terug te brengen naar minder dan 10% van de energiebehoefte, of ideaal zelfs naar 5% (World Health Organisation, 2015) en breidt Albert Heijn het aantal suikervrije producten en recepten uit (http://www.ah.nl/allerhande/recepten/R-L1383828464886/suikervrije-recepten).

Suiker is echter ook de brandstof die constant aan het brein geleverd wordt om te kunnen functioneren (Morford, 2014). Suiker is een koolhydraat. Koolhydraten bestaan uit koolstof, waterstof en zuurstof. Classificatie van verschillende soorten koolhydraten geschiedt volgens de grootte van het molecuul.

Een eerste categorie suikers zijn monosachariden. Monosachariden vormen de basiseenheden van koolhydraten en zijn de simpelste vorm van suiker. Ze bestaan uit glucose, galactose, fructose en tagatose. Glucose en fructose zijn hiervan de meest voorkomende. Glucose en fructose bevinden zich onder andere in honing, siroop, fruit en groente. Ze zijn ook te vinden in verwerkte levensmiddelen zoals frisdrank.

Een tweede categorie op basis van molecuulgrootte zijn disachariden. Disachariden zijn

koolhydraten die gevormd worden uit twee monosachariden. De meest voorkomende disachariden zijn sucrose en lactose. Sucrose bestaat uit glucose en fructose en is de voornaamste disacharide in de meeste diëten. Met suiker wordt in de spreektaal voornamelijk gedoeld op gezuiverde sucrose, afkomstig uit suikerriet en suikerbiet. Dit is een belangrijk ingrediënt in onder andere brood, ijs, koek, snoep en frisdrank. Lactose is een disacharide die bestaat uit glucose en galactose en komt voor in melk en andere zuivelproducten. Ook producten waarin wei gebruikt wordt, zoals worst, bevatten lactose.

De onderverdeling op basis van molecuulgrootte omvat in totaal vier klassen. De eerste klasse bestaat uit suikers. De tweede klasse omvat oligosachariden, bestaande uit drie tot negen

monosachariden. Enkele producten waar deze in voorkomen zijn uien, knoflook en asperge. De derde klasse bestaat uit polysachariden, die bestaan uit meer dan negen monosachariden. Polysachariden kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën. De eerste is zetmeel, waarbij de suiker tijdens fotosynthese onder andere wordt opgeslagen in knollen en graan. De andere categorie polysachariden is

P a g e

5 | 18

aanwezig in bepaalde celwanden van planten. De vierde en laatste klasse zijn de gehydrogeneerde koolhydraten, zoals sorbitol en xylitol. Dit zijn de chemische vormen van suiker. Door de enigszins zoete smaak bevinden deze koolhydraten zich in bijvoorbeeld kauwgum (International Life Sciences Institute, 2003).

De monosacharide glucose wordt door het centrale zenuwstelsel geprefereerd als brandstof. Hoewel fructose ook als brandstof voor het brein kan worden gebruikt is dit niet de geprefereerde brandstof, omdat de conversie van fructose naar glucose het lichaam meer energie kost. Na consumptie van glucose wordt een deel in het bloed opgenomen, waardoor het glucoseniveau stijgt. Glucose bereikt het brein via actieve transportmechanismen in de bloed-hersenbarrière (International Life Sciences Institute, 2003; Duelli & Kuschinsky, 2001). In de hersenen is suiker onder andere verantwoordelijk voor het verwerken van informatie en genereren van actiepotentialen (Mergenthaler et al., 2013).

Uit eerder onderzoek is gebleken dat suiker als brandstof voor het brein effect heeft op het gedrag van dieren. In de jaren zeventig is dit in een onderzoek naar voren gekomen: de inname van het koolhydraat had de vrijlating van serotonine tot gevolg (International Life Sciences Institute, 2003). De

P a g e

6 | 18

vrijlating van serotonine toont een sterke positieve correlatie aan tussen suiker en gedragsmatige arousal (Trulson & Jacobs, 1979).

Arousal is een centraal afgeleid proces, of gedragsmatige staat, dat gecoördineerde,

ononderbroken, staat-specifieke veranderingen in de activiteit van een talrijk aantal hersengebieden omvat, waarvan coherente patronen van gedragsmatige, endocriene en autonome patronen de output zijn. Met centraal afgeleid proces wordt bedoeld dat arousal zich op een continuüm bevindt; arousal is constant aanwezig en variatie is mogelijk op een kwantitatieve schaal. Met staat-specifieke verandering wordt bijvoorbeeld de overgang van slapen naar waakzaamheid bedoeld (Foote, 2000).

In dit literatuuroverzicht wordt gekeken naar het verband tussen inname van suiker en arousal bij mensen. Bestaat er een verband tussen de inname van suiker en het niveau van gedragsmatige arousal?

Daarnaast wordt gekeken naar het mogelijke verband tussen inname van suiker en accuratesse bij taken. Is er een niveau van arousal dat zorgt voor optimale prestaties? En heeft het niveau van arousal een andere invloed op moeilijke en makkelijke taken?

Op basis van onderzoek bij dieren wordt er ook bij mensen verwacht dat suiker leidt tot een toename van arousal (International Life Sciences Institute, 2003). Door verschillen in de structuur, ofwel anatomie, van hersenen tussen mens en dier is het niet noodzakelijk dat koolhydraten ook in mensen de vrijlating van serotonine tot gevolg hebben. In dit literatuuroverzicht wordt daarom in kaart gebracht op welke hersengebieden suiker een arousal-effect kan hebben door onderzoek binnen het centrale zenuwstelsel.

Uitgaande van de Yerkes-Dodson-wet, waarin wordt gesteld dat er een optimaal niveau van arousal bestaat voor prestatie op een taak, is de verwachting dat er ook een verband tussen suiker, arousal en prestatie gevonden wordt. Deze wet wordt verder toegelicht in de tweede paragraaf van dit literatuuroverzicht. Op basis van deze wet wordt verwacht dat consumptie van suiker kan zorgen voor verhoogde staat van arousal, wat voor een optimale prestatie op taken kan zorgen (Bell, Greene, Fisher & Baum, 2001).

Na het middendeel komt de conclusie aan bod. Hierin worden de methodologisch zwakke punten van de onderzoeken besproken en suggesties voor vervolgonderzoek gedaan. Het

literatuuroverzicht wordt afgesloten met een onderzoeksvoorstel. Dit wordt niet opgenomen in het huidige document.

P a g e

7 | 18

Middendeel

Paragraaf 1: Suiker en arousal

De eerste paragraaf van dit literatuuroverzicht bespreekt het verband tussen suiker en arousal. Buiten het CZS, in het perifere zenuwstelsel, is arousal af te leiden uit de spierspanning, hartslag, ademhaling en het niveau van hormonen vrijgelaten via de hypofyse en de bijnier (Foote, 2000).

Onderdeel van het perifere zenuwstelsel is het endocriene systeem, waarvan de aansturing via onder andere de hypothalamus en de amygdala plaatsvindt. Via de nervus vagus, de 10-e hersenzenuw, worden organen zoals het hart, de alvleesklier en de bijnieren geïnnerveerd. Door de innervatie

verhoogt of verlaagt het de hartslag en laten de andere organen meer of minder hormonen vrij (Mergenthaler et al., 2013).

Een voorbeeld van een duidelijk verband tussen het endocriene systeem en arousal werd gevonden in een onderzoek onder tien vrouwen met insomnia. Dit onderzoek toonde aan dat de hartslag, ademhaling en spierspanning van de proefpersonen lager waren na een massage dan voorafgaand aan een massage. Hoewel het aantal proefpersonen klein is en de resultaten hiervan vanwege de slapeloosheid waar de vrouwen onder leden niet generaliseerbaar zijn op populatieniveau, kan de staat van ontspanning na de massage gezien worden als een lage staat van arousal (Sjöling et al., 2012).

Dat er in het perifere zenuwstelsel een verband bestaat tussen de inname van suiker en het niveau van arousal, kwam duidelijk naar voren uit een onderzoek van Stanhope et al., 2008. Aan de hand van een steekproef van 34 proefpersonen werd onderzocht wat het effect is van fructose en glucose op het endocriene systeem. Vóór de weken tussen de opnamedagen werd aangeraden het normale voedingspatroon aan te houden. Tijdens de opnamedag werd er vanaf acht uur ‘s morgens 24 uur lang bloed afgenomen, waarbij 36 monsters werden verzameld. Gedurende de opnamedag werden drie maaltijden verstrekt, waaronder een gezoet drankje, gezoet met glucose of fructose. De maaltijden zelf bestonden voor 25% uit suiker. Consumptie van de gezoete drankjes zorgde voor een verhoging van insuline in het bloed, de stof die door de alvleesklier wordt vrijgelaten om het glucosegehalte in het bloed en de spieren op peil te houden (International Life Sciences Institute, 2003). Verschillen in de hoeveelheid vrijgelaten insuline als reactie op glucose of fructose werden echter niet gevonden. Dit

P a g e

8 | 18

geeft aan dat het lichaam geen onderscheid maakt in het type suiker, wat betreft het vrijlaten van insuline (Stanhope et al., 2008).

Een andere link tussen het endocriene systeem, suiker en arousal, werd gelegd in een

prospectief onderzoek naar het verband tussen gezoete drankjes en bloeddruk (Chen et al., 2010). De proefpersonen (n=810) werden verdeeld over drie groepen, die verschillende voorlichting kregen over voeding en gewichtsverlies. Op vier momenten werd de baseline van bloeddruk gemeten. De baseline werd vergeleken met de vier meetmomenten die 3, 6, 12 en 18 maanden na aanvang van het onderzoek plaatsvonden. Dieet en inname van drankjes werden bij het tweede en vierde meetmoment één keer doordeweeks en één keer in het weekend telefonisch gemeten. Reductie in inname van gezoete drankjes vertoonde een positieve associatie met bloeddruk: bij de groepen waarin de manipulatie had geleid tot een verminderde inname van gezoete drankjes werd een afname in bloeddruk waargenomen. Deze resultaten geven langetermijneffecten weer van verminderde glucoseniveaus en het effect hiervan op de bloeddruk. Het nadeel van deze onderzoeksopzet is dat het dieet telefonisch werd gemeten. Zelfrapportage is geen objectieve meetmethode om het eetpatroon vast te stellen. Mogelijke factoren die de zelfrapportage van de proefpersonen kunnen beïnvloeden zijn sociale wenselijkheid of schaamte. Daarnaast was het aantal metingen van het eetpatroon slechts vier keer in een periode van achttien maanden, weinig om vast te stellen of de eetpatronen daadwerkelijk veranderden en blijvend waren. Methodologisch sterker aan deze onderzoeksopzet zou zijn het telefonisch meten vervangen door een app waarmee het eetpatroon dagelijks op de smartphone bijgehouden kan worden. De verwachting is dat dit sociale wenselijkheid vermindert en dat door de anonimisering het gevoel van schaamte vervalt (Richman, Kiesler, Weisb & Drasgow, 1999).

Waar een reductie in suiker zorgt voor een lagere bloeddruk, veroorzaakt een gebrek aan suiker in het endocriene systeem een stressrespons die de bloeddruk kan verhogen. De stressrespons bestaat uit de afscheiding van onder andere het hormoon cortisol uit het hypofyse-bijnier circuit (Elman et al., 1998).

Bovenstaand is besproken hoe suiker van invloed is op de arousal gemeten in het perifere zenuwstelsel. Arousal is ook meetbaar in de hersenen. Suiker komt in de hersenen terecht door middel van actieve transportmechanismen in de bloed-hersenbarrière. Twintig procent van alle glucose in het lichaam wordt in de hersenen gebruikt voor neurale processen, het verwerken van informatie, het genereren van actiepotentialen en de handhaving van iongradiënten (Mergenthaler et al., 2013).

In het brein is de staat van aorusal onder andere meetbaar met PET-scans. Aan de hand van statistische toetsen wordt de activiteit in hersendelen met elkaar vergeleken, zoals in het onderzoek van

P a g e

9 | 18

Buysse et al. (2004). In dit onderzoek werd ‘s ochtends en ‘s avonds het glucosemetabolisme gemeten bij dertien proefpersonen. In de avond is het glucosemetabolisme in het brein hoger in de pontiene reticulaire formatie, de reticulaire formatie van de middenhersenen, de raphe-kern, de locus coerulus en de posterieure thalamus dan in de ochtend. In de avond is het in de temporele cortex, occipitale kwab en mediale occipitale gyrus juist lager dan in de ochtend. Deze verschillen tonen aan dat het glucosemetabolisme gerelateerd is aan het circadiane slaap-waak-ritme. Het verband van suiker en arousal loopt hiermee parallel aan het verbruik van de opgenomen suiker door de hersenen.

Naast de algehele arousalactiviteit die meetbaar is met PET-scans zijn er ook met het EEG verschillende niveaus van arousal meetbaar. Gedurende intense arousal vertoont het EEG een lage amplitude en een hoge frequentie in de neocortex en theta (4-7Hz) in de hippocampus (Foote, 2000). Een onderzoek waarin gebruik gemaakt werd van EEG werd uitgevoerd door Nofzinger et al. (2000) onder depressieve patiënten, die vaak gekarakteriseerd worden als personen met een verstoorde arousal. Een teveel aan arousal wordt gekenmerkt door insomnia en verstoringen in de signalen van het endocriene systeem. Middels EEG-onderzoek werd de hersenactiviteit van depressieve patiënten gedurende NREM-slaap, wanneer de hersenen het minst actief zijn, vergeleken met die van gezonde proefpersonen. Het bleek dat het niveau van elektrofysiologische activiteit voor depressieve patiënten hoger lag dan bij de controlegroep, hoewel dit zich niet uitte in manifest gedrag. Specifiek in de ventromediale prefrontale cortex werd een toename van het glucosemetabolisme geconstateerd, wat een rol voor dit gebied als bemiddelaar in de dysfunctionele arousal kenmerkt. Anatomisch gezien staat de ventromediale prefrontale cortex in verbinding met de (pontiene) reticulaire formatie, het gebied dat representatief is voor arousal. Hiermee heeft de ventromediale prefrontale cortex kennelijk als functie om informatie te integreren vanuit de hogere orde associatiecortex-gebieden waardoor het invloed heeft op arousalsystemen van de hersenen (Nofzinger et al., 2000).

De link tussen activering van de reticulaire formatie, zijnde arousal werd al in 1968 gelegd door Routtenberg (1968). Hij stelde dat de reticulaire formatie verantwoordelijk is voor het behouden van continu gedrag. Recenter onderzoek op ratten bevestigt deze theorie; stimulatie van neuronen in de reticulaire formatie verhoogt zelfs tijdens een verdoving de corticale arousal in deze dieren. De reticulaire formatie lijkt daarom de plek die cruciaal is voor de activatie van gedrag (Wu et al., 2007).

Samenvattend komt uit de voorgaande besproken artikelen naar voren dat er een verband bestaat tussen de inname van suiker en arousal bij mensen. Dit verband is in zowel in het perifere als het centrale zenuwstelsel meetbaar. In het perifere zenuwstelsel uit dit zich in signalen die onderdeel zijn van het endocrien systeem. In reactie op suiker verhoogt de bloeddruk en wordt insuline vrijgelaten

P a g e

10 | 18

door de alvleesklier. In reactie op te weinig suiker daarentegen laat de bijnier het stresshormoon cortisol vrij. In het brein hebben suikers een stimulerend effect op de activiteit van bepaalde hersendelen, waaronder de reticulaire formatie, de ventromediale cortex en de thalamus.

Een zwak punt in de literatuur is hoe niveau van arousal wordt gemeten. Er is geen eenduidige beschrijving van de manier waarop de onderzoekers de vermelde verschillende niveaus van arousal hebben gemeten. Dit maakt het lastig om de uitkomsten van deze onderzoeken met elkaar te vergelijken. Hoewel het aantal gram toegediende suiker in de onderzoeken wel expliciet genoemd wordt, is er door de beperking in de omschrijving van verschillende arousalniveaus, geen eenduidig verband te leggen tussen hoeveelheid suiker en het niveau van arousal. In dit literatuuroverzicht wordt de minimale staat van arousal gezien als wakefulness; waakzaamheid. Onder de maximale staat van arousal van arousal wordt hyperaroused verstaan, een staat vergelijkbaar met die van depressieve patiënten.

In deze eerste paragraaf is de relatie tussen suiker en arousal besproken, zowel binnen de periferie als binnen de hersenen. In het tweede deel van dit literatuuroverzicht wordt verder ingegaan op het verband tussen suiker, arousal en taakprestatie.

Paragraaf 2: Suiker en taakprestatie

Arousal heeft belangrijke consequenties voor prestatie, zoals geformuleerd in de Yerkes-Dodson wet. Volgens deze wet is prestatie maximaal bij middelmatige niveaus van arousal en wordt de

prestatie geleidelijk slechter als de staat van arousal hoger of lager dan dit optimale punt komt te liggen. Arousal ligt volgens deze wet op een continuüm, met een lage staat van arousal die tegen slaap aan ligt en hoge staat van arousal die optreedt bij inspannende activiteiten. De omgekeerde U-relatie tussen arousal en prestatie varieert daarnaast als functie van taakcomplexiteit. Voor complexe taken ligt het optimale niveau van arousal lager dan voor simpele taken. Zie Figuur 2 voor een visuele weergave van de U-relatie tussen arousal en prestatie (Bell, Greene, Fisher & Baum, 2001).

P a g e

11 | 18

Figuur 2: De Relatie tussen Prestatie op een Simpele en Moeilijke Taak als Functie van Arousal Niveau.

De link tussen suiker en arousal werd gelegd door Martino & Morris (2003). Zij lieten

proefpersonen ‘s morgens een vragenlijst invullen om de mate van arousal vast te stellen. Arousal werd onderverdeeld in vijf verschillende soorten; energieke arousal, gespannen arousal, hedonische arousal, woede-frustratie arousal en algemene arousal. Na het invullen van de vragenlijst kreeg de ene helft van de proefpersonen een drankje met glucose (50 gram), de andere helft een placebodrankje. Twee uur na het nuttigen van het drankje werd het glucoseniveau in het bloed getest en werd de vragenlijst opnieuw afgenomen. De bloedwaarde van glucose lag hoger voor de proefpersonen die glucose hadden

gedronken dan voor de controlegroep. Uit de vragenlijst kwam naar voren dat de hedonische, energieke en gespannen arousal van de testgroep significant hoger was dan in de controlegroep. Er werd echter geen verschil gevonden voor woede-frustratie arousal en algemene arousal.

Een aanname van de onderzoekers was dat verhoging in arousal zorgt voor verbetering in prestatie. Dit werd bevestigd. Om de effecten van verhoogde arousal op prestatie te meten is het echter nodig een taak te gebruiken om niet de conclusie op aannames te doen berusten. Een tweede minpunt aan deze onderzoeksopzet is dat de verschillen in soorten arousal in dit onderzoek niet zijn toegelicht. Op basis van de begrippen van de verschillende soorten arousal zou men verwachten dat een verband tussen suiker en algemene arousal een vereiste is voor het bevestigen van het verband tussen arousal en suiker. Een effect van suiker op algemene arousal werd echter niet gevonden. Een derde

P a g e

12 | 18

minpunt aan de onderzoeksopzet is dat op slechts twee momenten de bloedwaarden werden gemeten. Zoals eerder onderzoek aantoont kan het circadiaanse ritme zorg dragen voor schommelingen in bloedwaarden, wat de effectiviteit van de manipulatie twijfelachtig maakt. Een vierde minpunt is de gebruikte zelfrapportage, voor het vaststellen van arousal. Een objectievere maat had gebruikt kunnen worden, zoals het meten van EEG en/of hartslag. Een laatste minpunt van dit onderzoek is de niet gefundeerde aanname van de onderzoekers over de verbetering in prestatie, afgeleid uit een verhoogde arousal.

Een ander onderzoek naar het verband tussen suiker, arousal en taakprestatie voerden Kennedy & Scholey (2000) uit. Zij onderzochten de relatie tussen het verbruik en de regulatie van glucose en fysiologische arousal, die werd opgeroepen door de cognitieve belasting van de taak. Meerdere

hypothesen werden in dit onderzoek getest. De eerste hypothese stelde dat als verhoogde hartslag, het gevolg van cognitieve belasting, het mechanisme is om de hersenen van meer glucose te voorzien, dan zou het aanvullen van het glucoseniveau de hartslag doen dalen. Een tweede hypothese was dat de glucose de taken verschillend beïnvloedde, afhankelijk van de moeilijkheidsgraad van de taak. De derde hypothese luidde dat er een relatie kan bestaan tussen veranderingen in glucosewaarden in het bloed en prestaties op taken. Hartslag werd gemeten om af te leiden of er meer glucose richting het brein werd getransporteerd bij een toename van de cognitieve belasting. De prestatie van de proefpersonen werd gemeten met een two serial subtraction taak van variërende moeilijkheid en een word retrieval task. Tussen de taken door kregen de proefpersonen een glucose- (25 gram) of een placebodrankje. Prestatie op de taken werd vergeleken op basis van de experimentele conditie: glucose of controle. De moeilijkheid van de taak werd geanalyseerd op basis van de waargenomen mentale belasting en hartslag. De resultaten bevestigden de eerste hypothese: de verhoogde hartslag kan een mechanisme zijn om de levering van glucose aan het brein te verhogen. Toediening van glucose verbetert cognitieve prestaties van jongvolwassenen. Dit is echter wel afhankelijk van de moeilijkheid van de taak; prestatie op de moeilijke subtraction taak verbeterde door de glucose, maar prestatie op de makkelijkere word retrieval verbeterde niet. Hiermee werden ook de tweede en derde hypothese bevestigd. Uit dit onderzoek komt naar voren dat glucose een positieve invloed heeft op de prestatie op moeilijke taken (Kennedy & Scholey, 2000). Echter, deze resultaten bevestigden de Yerkes-Dodson wet slechts

gedeeltelijk. Volgens de wet zou een verhoging van arousal een positieve invloed hebben op zowel makkelijke als moeilijke taken. Een zwakte van dit onderzoek is de ontbrekende objectieve

meetmethode om het niveau van arousal vast te stellen. Hartslag werd enkel gemeten om hiermee de moeilijkheidsgraad van de taak te bepalen en het vervoer van glucose richting de hersenen af te leiden.

P a g e

13 | 18

Beter zou zijn om hartslag te gebruiken als een objectieve maat van arousal, om er zeker van te zijn dat manipulatie van arousal succesvol is.

In de eerste paragraaf van dit literatuuroverzicht is besproken dat arousal bij depressieve mensen veelal verstoord is. Het brein van depressieve patiënten bevindt zich in een continue staat van hyperarousal, wat leidt tot klachten zoals insomnia (Nofzinger et al., 2000). Op basis van de arousal in combinatie met de Yerkes-Dodson wet is de verwachting dat de prestatie van depressieve patiënten hoger is op simpele, cognitieve taken dan die van mensen met een lager niveau van arousal. Een onderzoek waaruit dit inderdaad naar voren komt is uitgevoerd door Helversen von, Johnson, Wilke & Schmid (2011). De deelnemers speelden een spel, waarin de juiste keuze tussen sollicitanten gemaakt moest worden. Dit spel diende ertoe om prestaties tussen depressieve en gezonde proefpersonen te vergelijken. Depressiviteit werd gemeten met een vragenlijst. Het bleek dat depressieve proefpersonen beter presteerden op de taak dan de gezonde proefpersonen. Hoewel arousal in dit onderzoek niet werd gemeten, kan de aanname dat prestatie op deze relatief makkelijke taak beter was door de hogere arousal met enige voorzichtigheid gesteld worden. Deze conclusie wordt gesteund door eerder

onderzoek waaruit bleek dat er sprake is van hyperarousal bij depressieve mensen (Nofzinger et al., 2000). Aanbevelenswaardig blijft echter arousal objectief te meten in plaats van op een aanname te laten berusten. Daarnaast is het voor vervolgonderzoek raadzaam een moeilijke en makkelijke taak aan te bieden, zodat het verschil in prestatie op deze twee taken beter naar voren komt.

Uit de tweede paragraaf van dit literatuuroverzicht naar de relatie tussen suiker, arousal en prestaties bleek dat suiker een positieve invloed kan hebben op de prestatie in het geval van moeilijke taken, door modulatie van arousal. Door methodologische tekortkomingen van de besproken

onderzoeken is vervolgonderzoek nodig om het verband tussen suiker, arousal en taakprestatie duidelijker in beeld te krijgen. Wat vooral ontbreekt, is een onderzoeksmethode waarin arousalniveau objectief gemeten wordt. Met een objectieve meting hiervan, bijvoorbeeld via hartslag of EEG activiteit, in combinatie met suikerinname en taken van verschillende moeilijkheidsgraad kan dit.

P a g e

14 | 18

Conclusie

De eerste paragraaf van dit literatuuroverzicht betrof de relatie tussen suiker en arousal. Op twee niveaus is er een verband gevonden tussen suiker en arousal. Het eerste niveau betreft het perifere zenuwstelsel dat met name wordt gekenmerkt door het endocriene systeem waarvan het hart, de bijnier en de alvleesklier belangrijk zijn.

Zo uit de relatie tussen suiker en arousal zich in het perifere zenuwstelsel als een verhoging in de vrijlating van insuline uit de alvleesklier (Stanhope et al., 2008). Verder blijkt dat een reductie in de consumptie van suiker, leidt tot een lagere bloeddruk (Chen et al., 2010). Ook blijkt dat wanneer er sprake is van een tekort aan suiker de bijnier de stof cortisol vrijgeeft (Elman et al., 1998). Deze drie onderzoeksresultaten bevestigen het verband tussen suiker en arousal op het niveau van het perifere zenuwstelsel.

Het tweede niveau van een verband tussen suiker en arousal, ligt in het centrale zenuwstelsel. Met statistische analyses van PET-scan gegevens tijdens waakzaamheid, werd verhoogde activiteit gevonden in onder andere de reticulaire formatie, midbrein reticulaire formatie, de raphe van de middenhersenen en de locus coerulus (Buysse et al., 2004). Tijdens NREM-slaap is er met EEG-onderzoek verhoogde activiteit gevonden in de ventromediale prefrontale cortex van depressieve patiënten. Deze onderzoeken ondersteunen de theorie over de reticulaire formatie van Moruzzi & Magoun, aangehaald in Routtenberg (1968) dat de reticulaire formatie verantwoordelijk is voor het behouden van continu gedrag en het activeren van de cerebrale cortex. Deze formatie staat vooral bekend als het Ascending Reticular Activating System.

Vervolgonderzoek zou kunnen dienen om vast te stellen in welke mate het perifere zenuwstelsel deel uitmaakt van het arousalsysteem (ARAS). Een aanwijzing hiervoor is dat verhoging van hartslag een mechanisme kan zijn om de levering van glucose naar het brein te verhogen (Kennedy & Scholey, 2000). Daarnaast kan het stresshormoon cortisol, dat bij een gebrek aan suiker wordt afgescheiden via het bijnier circuit, ook een rol spelen (Elman et al., 1998). De relatie tussen hartslag, het hypofyse-bijnier circuit en activatie in de hersenen kan verder onderzocht worden, om na te gaan hoe sterk deze verbonden zijn met één en hetzelfde arousalsysteem.

In de tweede paragraaf van dit literatuuroverzicht is het effect van suiker op prestaties op taken besproken. De Yerkes-Dodson wet stelt dat prestatie op moeilijke taken verbetert wanneer de arousal van een gemiddeld niveau is. Boven of onder dit gemiddelde, optimale niveau wordt de prestatie slechter (Bell, Greene, Fisher & Baum, 2001). Prestatie op makkelijke taken, arousal en taakprestatie

P a g e

15 | 18

wordt in het licht van deze wet niet duidelijk in het besproken onderzoek van Martino & Morris (2003). Kritiekpunten aan de methodologische opzet bestaan uit het gebruik van zelfrapportage, wat geen objectieve meetmethode is en de onduidelijke definities van de verschillende soorten arousal die in het onderzoek zijn gebruikt. Prestatie is daarnaast in het geheel niet gemeten, maar enkel afgeleid uit de mate van arousal.

Een verband tussen suiker, arousal en taakprestatie komt wel naar voren in een onderzoek onder jongvolwassenen. Toediening van glucose verbetert de cognitieve prestatie van jongvolwassenen afhankelijk van de moeilijkheid van de taak. Prestatie op de moeilijke taak verbetert door de consumptie van glucose, maar prestatie op de makkelijke taak niet. Dit is niet geheel in lijn met de Yerkes-Dodson wet. Vanuit deze wet zou verwacht worden dat ook de prestatie op de makkelijke taak zou verbeteren bij verhoogde arousal. Ook in dit onderzoek is de methodologische tekortkoming het ontbreken van een meetmethode van arousal (Kennedy & Scholey, 2000).

Een hogere staat van arousal, zoals bij depressieve personen het geval is, leidt wel tot een aantoonbaar betere prestatie op een taak. Een tekortkoming, waardoor dit onderzoek de

Yerkes-Dodson wet onvoldoende ondersteunt, is het ontbreken van een manipulatie van de moeilijkheid van de taak in eenvoudig en moeilijk. Daarnaast zou het dit onderzoek methodologisch sterker maken om de staat van arousal niet alleen af te leiden uit depressieve stoornissen, maar ook objectief te meten (Helversen von, Johnson, Wilke & Schmid, 2011).

Een alternatieve verklaring voor de gevonden relatie tussen suikerconsumptie, arousal en taakprestatie kan stemming zijn. Suiker kan van invloed zijn op de stemming, via de neurotransmitter serotonine (Christensen & Redig, 1993). Deze neurotransmitter wordt aangemaakt in de raphe nuclei, wat overeenkomt met de gevonden activiteit in het onderzoek van Buysse et al., (2004). Prestatie op taken kan vanuit dit perspectief beter worden door een positievere stemming, in plaats van door toegenomen arousal als gevolg van suikerconsumptie.

Een probleem in het onderzoek naar effecten van suiker op arousal is dat suiker in heel veel producten aanwezig is, waardoor gewenning of tolerantie voor de effecten ervan kunnen optreden. Zie hiervoor Figuur 1. Het is daarom lastig het effect van suiker in een onderzoek te isoleren: bij

proefpersonen is er vaak al sprake van een bepaald glucoseniveau in het bloed, onthouding van suiker kan onthoudingsverschijnselen oproepen. De effecten van de onderzoekcondities kunne daardoor vertekend zijn. Een ander aspect van onderzoek met suiker is de noodzaak deelnemers in verband met allergie of ziekte vooraf te informeren over de aanwezigheid van suiker in de voorgeschotelde drankjes. Deze kennis over het onderzoeksdoel introduceert verwachtingen over het effect van de manipulatie

P a g e

16 | 18

met suiker, waardoor resultaten van de meting beïnvloedt worden. Dubbel-blind onderzoek met suiker als onafhankelijke variabele is daarmee onmogelijk.

Naast de moeilijkheden in onderzoek met suiker is er een algeheel kritiekpunt betreffende de onderzoeksopzetten die verband houden met arousal. Arousal dient op een betrouwbare en

generaliseerbare wijze gemeten te worden. In metingen wordt hiertoe gebruikt gemaakt van hartslag, bloeddruk, galvanische huidreacties, zweetindexen, spierspanning, temperatuur van de huid, fysiek activatieniveau en zelfrapportage. Fysiologische indexen van arousal zijn niet altijd consistent met elkaar en zijn vaak niet consistent met zelfrapportage. Waar één meting bijvoorbeeld een indicatie van een bepaald arousalniveau geeft in een bepaalde situatie, geven andere meetmethoden juist verminderde of onveranderde arousal aan. De gevoeligheid van het meetinstrument is de bepalende factor of arousal waargenomen wordt. Welk meetinstrument er gebruikt kan worden in het voorspellen van gedrag aan de hand van arousal wordt daarmee een serieus probleem (Bell, Greene, Fisher & Baum, 2001).

In het onderzoeksvoorstel dat voorkomt uit dit literatuuroverzicht wordt geprobeerd enkele knelpunten te omzeilen door arousal in zowel het perifere als het centrale zenuwstelsel te meten door een objectieve daar voor te gebruiken. Dit verhoogt de betrouwbaarheid en generaliseerbaarheid van de onderzoeksresultaten en sluit het de mogelijkheid uit dat stemming als confound optreedt.

Daarnaast wordt er in de onderzoeksopzet een mogelijkheid besproken om de relatie tussen suiker, arousal en taakprestatie te bevestigen. Het voorkómen dat zich bij de proefpersoon al bepaalde

glucosewaardes in het bloed bevinden zal uiteraard niet mogelijk zijn omdat glucose aanwezig moet zijn om alle fysiologische processen te laten verlopen.

Vierenveertig kilo geconsumeerde suiker per jaar per capita is een grote hoeveelheid. Aan de andere kant van dit spectrum staat het volgen van een suikervrij eetpatroon. Omdat uit dit

literatuuroverzicht naar voren komt dat suiker, en met name glucose, de belangrijkste bron van brandstof is om een continue staat van arousal te behouden, wordt afgeraden om zich van suiker volledig te onthouden; gebruik met mate lijkt de beste optie.

P a g e

17 | 18

Literatuuroverzicht

Bell, P. A., Greene, T. C., Fisher, J. D., & Baum, A. (2001). Environmental Psychology (5th ed.). New York: Taylor & Francis Group.

Buysse, D. J., Nofzinger, E. A., Germain, A., Meltzer, C. C., Wood, A., Ombao, H., et al. (2004). Regional brain glucose metabolism during morning and evening wakefulness in humans: preliminary finding. Sleep, 27, 1245-1254.

Chen, L., Caballero, B., Mitchell, D. C., Loria, C., Lin, P. H., Champagne, C. M., et al. (2010). Reducing Consumption of Sugar-Sweetened Beverages Is Associated With Reduced Blood Pressure. Circulation, 121, 2398-2409.

Christensen, L., & Redig, C. (1993). Effect of Meal Composition on Mood. Behavioral Neuroscience, 107, 346-353.

Duelli, R., & Kuschinsky, W. (2001). Brain glucose transporters: relationship to local energy demand. International Union of Physiological Sciences & American Physiological Society, 16, 71-76.

Elman, I., Adler, C. M., Malhotra, A. K., Bir, C., Pickar, D., Breier, A. (1998). Effect of Acute Metabolic Stress on Pituitary-Adrenal Axis Activation in Patients With Schizophrenia. AM J Psychiatry, 155, 979-981.

Foote, S. L. (2000). Arousal. Encyclopedia of psychology, 1, 237-240.

Helversen, von, B., Johnson, T., Wilke, A., & Schmid, G. (2011). Performance Benefits of Depression: Sequential Decision Making in a Healthy Sample and a Clinically Depressed Sample. Journal of Abnormal Psychology, 120, 962-968.

http://www.ah.nl/allerhande/recepten/R-L1383828464886/suikervrije-recepten http://www.kenniscentrumsuiker.nl/publicaties/vcp/

International Life Sciences Institute. (2003). Carbohydrates: Nutritional and health aspects: Gray. J. Kennedy, D. O., & Scholey, A. B. (2000). Glucose administration, heart rate and cognitive performance:

effects of increasing mental effort. Psychopharmacology, 149, 63-71.

Martino, O. & Morris, N. (2003).Drinking glucose improves mood at the beginning of the working day. Contemporary Ergonomics, 216 - 220.

Morford, M. (2014). Glucose for the brain: fuel or poison? Southern African Journal of Anaesthesia and Analgesia, 17, 70-72.

Mergenthaler, P., Lindauer, U., Dienel, G. A., & Meisel, A. (2013). Sugar for the brain: the role of glucose in physiological and pathalogical brain function. Trends in Neuroscience, 36, 587-597.

P a g e

18 | 18

Nofzinger, E. A., Price, J. C., Meltzer, C. C., Buysse, D. J., Villemagne, V. L., Miewald, J. M. et al. (2000). Towards a neurobiology of dysfunctional arousal in depression: the relationship between beta EEG power and regional cerebral glucose metabolism during NREM sleep. Psychiatry Research: Neuroimaging Section, 98, 71-91.

Richman, W. L., Kiesler, S., Weisb, S., & Drasgow, F. (1999). A Meta-Analytic Study of Social Desirability Distortion in Computer-Administered Questionnaires, Traditional Questionnaires, and

Interviews. Journal of Applied Psychology, 84, 754-775.

Routtenberg, A. (1968). The Two-Arousal Hypothesis: Reticular Formation and Limbic System. Psychological Review, 75, 51-80.

Sjöling, M., Jong, M., Ljadas, K., Englund, E., & Appelberg, J. (2012). The effects of tactile massage (™) on blood pressure, heart rate and blood glucose in a sample of women suffering from primary insomnia. BMC Complementary & Alternative Medicine, 12, 241.

Sluik, D., Engelen, A., Feskens, E. (2013). Suikerconsumptie in Nederland: resultaten uit de Nederlandse Voedselconsumptiepeiling 2007-2010. Wageningen University Research Center. Opgehaald 5 juni, 2015, van

Stanhope, K. L., Griffen, S. C., Bair, B. R., Swarbick, M. M., Keim, N. L., Havel, P. J. (2008). Twenty-four-hour endocrine and metabolic profiles following consumption of high-fructose corn-syrup-, sucrose-, fructose-, and glucose-sweetened beverages with meals. The American Journal of Clinical Nutrition, 87, 1194-1203.

Trulson, M. E., & Jacobs, B. L. (1979). Raphe unit activity in freely moving cats: correlation with level of behavioral arousal. Brain Research, 163, 135-150.

World Health Organisation. (2015). Guideline: sugar intake for adults and children. World Health Organisation. Opgehaald 6 juni, 2015, van

http://www.who.int/mediacentre/news/releases/2015/sugar-guideline/en/ Wu, H. B., Stavarache, M., Pfaff, D. W., & Kow, L. M. (2007). Arousal of cerebral cortex

electroencephalogram consequent to high-frequency stimulation of ventral medullary reticular formation. PNAS, 104, 18292-18296.